C++数据结构之list详解 C++数据结构之list详解

前言
一、list的节点
二、list的迭代器

2.1 const 迭代器
2.2 修改方法

二、美中不足

三、迭代器的分类

3.x std::find的一个报错

总结

前言 list相较于vector来说会显得复杂，它的好处是在任意位置插入,删除都是一个O(1)的时间复杂度。

一、list的节点

template struct __list_node {typedef void* void_pointer; void_pointer next; void_pointer prev; T data; };

这个是在stl3.0版本下的list的节点的定义，节点里面有一个前指针，一个后指针，有一个数据data。这里只能知道他是一个双向链表，我们可以再稍微看一下list关于它的构造函数。

class list--> list() { empty_initialize(); void empty_initialize() { node = get_node(); node->next = node; node->prev = node; }

再看一下它的list(),可以看出他调用的empty_initialize（），是创建了一个头结点，并且是一个循环的结构。
【C++数据结构之list详解】综上：list的总体结构是一个带头循环双向链表

二、list的迭代器迭代器通常是怎么使用的，看一下下面这段代码。

int main(){ list l; l.push_back(1); l.push_back(2); l.push_back(3); l.push_back(4); l.push_back(5); l.push_back(6); list::iterator it = l.begin(); while (it != l.end()) {cout << *it << " "; it++; } cout << endl; return 0; }

我们从list< int >当中定义一个iterator对象，然后让他去访问我们的节点
并且他所支持的操作有++，解引用，当然还有 --等等

stl3.0当中的迭代器实现：

templatestruct __list_iterator {typedef __list_iteratoriterator; typedef __list_iterator const_iterator; typedef __list_iteratorself; typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; typedef T value_type; typedef Ptr pointer; typedef Ref reference; typedef __list_node* link_type; typedef size_t size_type; typedef ptrdiff_t difference_type; link_type node; __list_iterator(link_type x) : node(x) {}__list_iterator() {}__list_iterator(const iterator& x) : node(x.node) {}bool operator==(const self& x) const { return node == x.node; }bool operator!=(const self& x) const { return node != x.node; }reference operator*() const { return (*node).data; }#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATORpointer operator->() const { return &(operator*()); }#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */self& operator++() { node = (link_type)((*node).next); return *this; }self operator++(int) { self tmp = *this; ++*this; return tmp; }self& operator--() { node = (link_type)((*node).prev); return *this; }self operator--(int) { self tmp = *this; --*this; return tmp; }

大家感兴趣可以先看看上面的，我们先用一个简述版的来带大家简要实现一下

template class __list_node { public:__list_node(const T& val = T())//用一个全缺省比较好:_next(nullptr),_pre(nullptr),node(val){} public:__list_node* _next; __list_node* _pre; T node; }; template class __list_itertaor//这里是迭代器 { public:typedef __list_nodeNode; __list_itertaor(Node* node){_node = node; }bool operator!=(const __list_itertaor& it){return _node != it._node; }__list_itertaor& operator++(){_node = _node->_next; return *this; }T& operator*(){return _node->node; } private:Node* _node; };

这里的实现是不完整的，但是很适合说明问题。通过我们去重载opertaor++，和重载opertaor*，可以让我们像指针一样去访问一个节点，让我们可以跟vector和string一样用同样的接口就能实现对数据的访问，这是非常厉害的一个技术。
注意点：

我们通过对节点的操作，重载了operator++等接口实现了对一个节点的访问，访问的时候实际上也就是创建迭代器对象，对我们的数据进行访问，所以我们封装的时候是将节点的指针进行封装。
list相比vector，正因为他们的底层结构不相同，list的迭代器在插入操作和接合操作（splice）都不会造成迭代器失效，只有删除的时候，只有那个被删除元素的迭代器失效，而不影响后面的，而vector就统统失效了。

模板参数为什么是三个

2.1 const 迭代器
有这样一种情况，我们需要const对象去遍历，假如我们有个函数叫做print_list（const list< int >& lt）;
传参：其中传参中const是因为不会对对象进行修改，加引用是因为不用深拷贝，提高效率。
功能：这个函数就是去打印链表里面的内容的。但是按照我们上面的实现，会出现什么问题呢。

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这很正常，在const迭代器就去生成const迭代器对象，在vector，string这些迭代器就是原生指针的时候我们只需要typedef const T* const_iterator,那如果我们在我们生成的list也做类似的操作，来看看结果。

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结果我们发现，好像没多大问题，但是我们尝试修改const迭代器里面的内容时，却发现能修改成功。const迭代器怎么能修改里面的数据呢？这就有问题了！！！说明我们的有一个巨大的隐患在里面。

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2.2 修改方法
最简单的方法当然就是再写多一个迭代器，把__list_iterator换成__list_const_iterator 之类的，但是我们认真观察的话，实际上这两个类很多东西是重复的，只有在

operator*，operator->时所需要的返回值，我们需要找到一种方法去让const对象的返回值也是const对象

，答案就是添加多两个个模板参数。
以下以添加一个模板参数为例，实现一个Ref operator*()；

template class __list_node { public:__list_node(const T& val = T())//用一个全缺省比较好:_next(nullptr),_pre(nullptr),node(val){} public:__list_node* _next; __list_node* _pre; T node; }; template class __list_itertaor { public:typedef __list_nodeNode; __list_itertaor(Node* node){_node = node; }bool operator!=(const __list_itertaor& it){return _node != it._node; }__list_itertaor& operator++(){_node = _node->_next; return *this; }Ref operator*()//返回Ref，返回值就有区别啦{return _node->node; } private:Node* _node; }; template class list {typedef __list_nodeNode; public:typedef __list_itertaor iterator; typedef __list_itertaor const_iterator; //修改iterator begin(){return iterator(_node->_next); }iterator end(){return iterator(_node); }const_iterator begin()const{return const_iterator(_node->_next); }const_iterator end()const{return const_iterator(_node); }list(){_node = new Node; _node->_next = _node; _node->_pre = _node; }void push_back(const T& val){Node* newnode = new Node(val); Node* tail = _node->_pre; tail->_next = newnode; newnode->_pre = tail; newnode->_next = _node; _node->_pre = newnode; } private:Node* _node; };

一图了解：也就是我们的测试端test函数中定义

list< int >::const_iterator cit= l.begin();

的时候迭代器对象就会识别到定义的const迭代器，

它的第二个模板参数放的就是const T&，这样子我们operator*（）返回的时候只需要返回第二个模板参数就可以了

。

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同理，我们要用到的接口operator->当中也会有const对象和普通对象调用的情况。我们这里把实现的代码放出来，有需要的自取。
–》码云链接《–

二、美中不足 list上面说的仿佛都是优点
任意位置的O(1)时间的插入删除，迭代器失效的问题变少了。但他又有哪些不足呢

不支持随机访问
排序的效率慢，库中的sort用的是归并排序–>快排需要三数取中，对于链表来说实现出来效率也低，所以当链表的元素需要进行排序的时候，我们通常也都会拷贝到vector当中，再用vector当中的排序。
同理链表的逆置效率也不高！

三、迭代器的分类迭代器从功能角度来看的话分为：const迭代器/普通迭代器 + 正反向。
从容器底层结构角度分为：单向，双向，随机。

单向：单链表迭代器（forward_list）/哈希表迭代器；这些只支持单向++；
双向：双链表迭代器/map迭代器；这些支持的++/- -操作；
随机迭代器： string/vector/deque；这些是支持++/- -/+/-操作的，类似原生指针一般。

我们来看一下部分函数的，比如sort当中的模板参数写成RandomAccessIterator，就是想要明示使用者他这里需要的是一个随机的迭代器，在它的底层会调用到迭代器的+操作，所以这个时候如果你传的是一个双向或者单向的迭代器就不行了！！

//sort的函数声明template void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last); custom (2) template void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp);

比如说reverse函数声明，它的模板参数是BidirectionalIterator，也就是需要一个支持双向的迭代器，这个时候其实我们就可以传随机迭代器和双向迭代器，从上面的迭代器支持的操作可以看到，随机迭代器是支持双向迭代器的所有操作的。
同理，如果是一个需要单向迭代器的地方，我们就可以传一个双向，随机，单向迭代器了！！

std::reversetemplate void reverse (BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);

从stl3.0当中的stl_iterator.h，我们可以看出当中的继承关系。这个我们之后再讲。

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注意：difference_type为两个迭代器之间的距离。类型ptrdiff_t为无符号整形。

3.x std::find的一个报错
当我们实现了自己的数据结构，如list，我们如果用库里的std：find查找我们实现的数据结构当中的数据会报错。博主的测试版本为vs2013，在其他版本可能不做检查，不会报错。

void test_list() {list l; l.push_back(5); list::iterator it = std::find(l.begin(), l.end(), 5); }

报错：这里的报错说的是iterator_category不在我们的迭代器当中，这个是对我们迭代器类型的一个检查。

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stl_list.h当中为迭代器添加了如下声明来解决这个问题。

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解决方案：我们可以用stl3.0版本下stl_list.h当中的迭代器的声明。也可以用release版本下，都是可以跑过的。

typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; typedef T value_type; typedef Ptr pointer; typedef Ref reference; typedef ptrdiff_t difference_type;